1 引言
高爐鼓風(fēng)機(jī)是高爐生產(chǎn)的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，目前安鋼煉鐵廠建有380m3高爐兩座，配備有兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，分別為d1300高壓離心式鼓風(fēng)機(jī)和av-40全靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)。
風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況隨著高爐生產(chǎn)情況的變化而變化，同時(shí)也制約著高爐生產(chǎn)的順利進(jìn)行。隨著120t轉(zhuǎn)爐的建成，公司對(duì)煉鐵的產(chǎn)量也提出了更高的要求。為實(shí)現(xiàn)高爐穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的目標(biāo)，公司對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造，在保留原有av-40全靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上，增加了一套av45-12型全靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)，代替原有的d1300高壓離心式鼓風(fēng)機(jī)。
為了適應(yīng)高爐連續(xù)可靠的生產(chǎn)要求，確保高爐產(chǎn)出高質(zhì)量、高產(chǎn)量的鐵水，勢(shì)必要求鼓風(fēng)機(jī)具有良好的處理突發(fā)事件的能力?？紤]到風(fēng)機(jī)和高爐的安全生產(chǎn)和方便操作，系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控。
2 系統(tǒng)配置
軸流風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件上采用modicon quantum 系列140 cpu 671 60高端plc冗余控制，系統(tǒng)由兩臺(tái)操作站、以太網(wǎng)交換機(jī)、plc主站以及遠(yuǎn)程分站構(gòu)成。其中冗余cpu構(gòu)成主/備體系結(jié)構(gòu)，對(duì)plc中數(shù)據(jù)處理和通訊提供了基于硬件的自動(dòng)冗余，它可保證出現(xiàn)故障時(shí)切換不會(huì)造成任何過(guò)程控制的損失。
新的quantum 140 cpu 671 60熱備處理器設(shè)計(jì)用于要求有高可靠性控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、不能出現(xiàn)系統(tǒng)停機(jī)的關(guān)鍵場(chǎng)合，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)擾切換。這種模塊有兩項(xiàng)主要功能：plc處理器和一個(gè)專門用于冗余控制的協(xié)處理器。主/備體系結(jié)構(gòu)對(duì)管理plc中數(shù)據(jù)處理和通訊提供了基于硬件的自動(dòng)冗余。這種可靠性的提高可以保證無(wú)間斷的過(guò)程管理與確?？刂频年P(guān)鍵功能。主備兩個(gè)plc之間的數(shù)據(jù)交換使用了cpu模板上標(biāo)配的100mbps以太網(wǎng)端口。在每個(gè)掃描周期中對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，而對(duì)系統(tǒng)循環(huán)時(shí)間只有最低程度的影響。
另外在軟件上，本次采用在unity pro 2.3編程環(huán)境中設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)plc應(yīng)用程序，在工控組態(tài)軟件ifix4.0中設(shè)計(jì)編制控制系統(tǒng)hmi應(yīng)用程序，操作站與plc之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)通訊。
3 主要控制回路
plc完成的主要控制功能：防喘振控制、定流量/定風(fēng)壓控制、邏輯聯(lián)鎖控制、潤(rùn)滑油控制、動(dòng)力油控制、機(jī)組軸系監(jiān)測(cè)及報(bào)警等。
3.1 防喘振控制
喘振是軸流壓縮機(jī)固有的特性之一。形成喘振工況的原因是由于工況超過(guò)了壓縮機(jī)固有的允許范圍，使氣體不能順利地從壓縮機(jī)內(nèi)部通過(guò)，在轉(zhuǎn)子、葉片和靜葉的表面形成氣流分離，氣流在壓縮機(jī)內(nèi)部呈紊亂狀態(tài)，并同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和大量的熱能積聚。喘振工況對(duì)壓縮機(jī)具有很強(qiáng)的危害性，如不能及時(shí)消除，會(huì)對(duì)機(jī)組的轉(zhuǎn)子和靜葉造成損害，嚴(yán)重時(shí)，甚至可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和靜葉全部報(bào)廢。
防喘振控制的基本原理是在機(jī)組接近喘振工況時(shí)，通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)出口處的防喘振閥，使防喘閥打開(kāi)至一定角度，以增加壓縮機(jī)內(nèi)部通過(guò)的流量，適當(dāng)降低出口壓力，使工況點(diǎn)遠(yuǎn)離喘振區(qū)域。
在風(fēng)機(jī)準(zhǔn)備投運(yùn)時(shí)，由陜西鼓風(fēng)機(jī)廠對(duì)風(fēng)機(jī)做風(fēng)機(jī)特性試驗(yàn)和喘振試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)測(cè)出的風(fēng)機(jī)入口差壓(δp)與排氣壓力p的函數(shù)關(guān)系得出風(fēng)機(jī)的特性曲線和喘振曲線。
根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性曲線和喘振曲線，在計(jì)算機(jī)中設(shè)定了報(bào)警、放散、緊急放風(fēng)三個(gè)函數(shù)發(fā)生器。為確保風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行，在實(shí)際中我們將喘振線平行下移2%、7%、10%得出三條同樣形狀的曲線作為防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)的緊急放風(fēng)線、放散線和報(bào)警線。系統(tǒng)的工作原理是：進(jìn)口流量和出口壓力經(jīng)變送器測(cè)出送至計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算后得出控制防喘閥的pv值(即：測(cè)量值)，該值分別與函數(shù)發(fā)生器計(jì)算出對(duì)應(yīng)流量下的報(bào)警值、放散值、緊急放風(fēng)值(即：設(shè)定值sp)進(jìn)行比較，當(dāng)pv值達(dá)到報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒操作人員注意工況變化;當(dāng)pv值達(dá)到或超過(guò)放散值時(shí)，防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用，放散閥打開(kāi)，使工況點(diǎn)重新回到放散線以下運(yùn)行；若放散閥開(kāi)啟仍舊不能使工況點(diǎn)回到放散線以下，工況繼續(xù)惡化，當(dāng)pv值達(dá)到緊急放風(fēng)值時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)使電動(dòng)放風(fēng)閥快速開(kāi)啟，實(shí)行緊急放風(fēng)。
3.2 定風(fēng)量/定風(fēng)壓控制
控制原理：軸流壓縮機(jī)對(duì)風(fēng)量和風(fēng)壓的調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)靜葉角度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。靜葉角度的調(diào)節(jié)回路由內(nèi)環(huán)控制和外環(huán)控制形成的串級(jí)回路組成。內(nèi)環(huán)部分通過(guò)pid調(diào)節(jié)控制器完成：外環(huán)部分包括靜葉位置變送器、靜葉伺服控制器和靜葉伺服機(jī)構(gòu)。
在內(nèi)環(huán)控制部分，操作人員可選擇定壓力或定流量控制、手動(dòng)或自動(dòng)控制，對(duì)目標(biāo)值進(jìn)行設(shè)定，由pid調(diào)節(jié)器完成對(duì)壓力或流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
通過(guò)調(diào)節(jié)靜葉角度的變化，可按工藝狀態(tài)的要求增降壓縮機(jī)的出力，在工藝對(duì)風(fēng)量要求不大時(shí)，壓縮機(jī)組的功耗負(fù)荷也隨之降低，從而達(dá)到節(jié)能的效果。
伺服放大器：在外環(huán)控制部分，靜葉伺服控制器通過(guò)比較來(lái)自位置變送器和plc的控制信號(hào)，并輸出伺服指令信號(hào)驅(qū)動(dòng)靜葉伺服機(jī)構(gòu)，推動(dòng)靜葉承缸按指定方向動(dòng)作，從而完成對(duì)風(fēng)機(jī)流量、壓力的控制。
3.3 邏輯聯(lián)鎖控制
壓縮機(jī)安全運(yùn)行聯(lián)鎖用于控制對(duì)壓縮機(jī)啟停和運(yùn)行狀態(tài)最為重要的關(guān)鍵設(shè)備，主要控制對(duì)象包括主汽電磁閥、調(diào)速器、高壓電氣聯(lián)鎖(電拖機(jī)組)、可調(diào)靜葉、防喘閥快開(kāi)電磁閥、逆止閥。在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，各種聯(lián)鎖功能按一定時(shí)序相互關(guān)聯(lián)，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)組的聯(lián)鎖控制，以保證機(jī)組的安全。其功能主要包括：?jiǎn)?dòng)聯(lián)鎖、靜葉釋放、自動(dòng)操作、逆流保護(hù)、聯(lián)鎖停機(jī)。
啟動(dòng)聯(lián)鎖：用于保證機(jī)組在啟動(dòng)前必須具備的外部條件和內(nèi)部狀態(tài)全部符合要求。外部條件主要有潤(rùn)滑油溫度(>20℃)、潤(rùn)滑油壓力(>150kpa)、動(dòng)力油壓力(>11.0mpa)、靜葉位置(全關(guān))、防喘閥位置(全開(kāi))等。內(nèi)部條件是指用于機(jī)組安全聯(lián)鎖的各種內(nèi)部存儲(chǔ)器的狀態(tài)在開(kāi)機(jī)前必須全部復(fù)位。
自動(dòng)操作：指機(jī)組在解除安全開(kāi)鎖后的工作狀態(tài)。在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，可調(diào)靜葉、防喘閥和逆止閥必須閉鎖在安全位置，當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行后，按下“自動(dòng)操作”，機(jī)組解除閉鎖后，向工藝加載送風(fēng)，可調(diào)靜葉、防喘閥都可以開(kāi)始自動(dòng)調(diào)節(jié)。
逆流保護(hù)：在防喘閥調(diào)節(jié)的作用下，在機(jī)組接近喘掁時(shí)防喘閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，可保證機(jī)組工況不致達(dá)到喘掁點(diǎn)。考慮到特殊情況(如防喘閥調(diào)節(jié)失靈)，機(jī)組也有進(jìn)入喘掁區(qū)的危險(xiǎn)，所以設(shè)置逆流保護(hù)。這樣在運(yùn)行過(guò)程中自動(dòng)判別機(jī)組是否發(fā)生喘掁和逆流用于在確實(shí)發(fā)生喘掁的情況下執(zhí)行安全聯(lián)鎖，以確保機(jī)組的絕對(duì)安全。
聯(lián)鎖停機(jī)：當(dāng)機(jī)組發(fā)生重大故障時(shí)，為避免造成重大設(shè)備事故，必須立即停機(jī)。聯(lián)鎖停機(jī)的外部條件主要是潤(rùn)滑油壓過(guò)低(<60kpa)、動(dòng)力油壓過(guò)(<9mpa)低、主電機(jī)跳閘、軸位移過(guò)大(>+0.6mm或<-0.6mm)、壓縮機(jī)持續(xù)逆流、手動(dòng)停機(jī)。當(dāng)以上任一條件滿足，則啟動(dòng)聯(lián)鎖停機(jī)，聯(lián)鎖停機(jī)在關(guān)閉機(jī)組驅(qū)動(dòng)能源的同時(shí)，將可調(diào)靜葉、逆止閥、防喘閥自動(dòng)諸鎖在安全位置，同時(shí)記錄并保持造成停機(jī)的原因，直至存儲(chǔ)器復(fù)位。
3.4 油系控制
油系控制主要包括：潤(rùn)滑油系統(tǒng)、動(dòng)力油系統(tǒng)以及電加熱器的控制。
潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)置兩臺(tái)油泵，互為備用，其中一臺(tái)為主泵，另一臺(tái)為備用泵，當(dāng)油壓低時(shí)，備用泵自動(dòng)啟動(dòng)，補(bǔ)充油壓的不足；當(dāng)油壓恢復(fù)正常、主泵運(yùn)行正常，備用泵停止工作。動(dòng)力油系統(tǒng)油泵也是如此工作。
電加熱器由plc控制，當(dāng)潤(rùn)滑油或動(dòng)力油溫低時(shí)電加熱器工作，當(dāng)油溫高時(shí)，電加熱器接觸器斷開(kāi)，停止工作。
4 系統(tǒng)關(guān)鍵
應(yīng)用了modicon plc設(shè)計(jì)安鋼380m3高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)，具有如下一些顯著特點(diǎn)。
4.1 熱備處理器
硬件上新的quantum 140 cpu 671 60熱備處理器，具有強(qiáng)大的處理和存儲(chǔ)能力，并且雙機(jī)熱備具有高效率高可靠性、易擴(kuò)展特性。在生產(chǎn)過(guò)程中能夠無(wú)擾切換，確保關(guān)鍵功能的可靠性。
quantum熱備意味著：
(1) 特制的cpu，熱備功能不附加任何專門的硬件模塊；
(2) 熱備時(shí)無(wú)需編程，系統(tǒng)參數(shù)僅通過(guò)一個(gè)對(duì)話框加以定義；
(3) 清晰的操作模式，有cpu模塊前端的微型終端、一臺(tái)編程pc；
(4) 主備兩個(gè)cpu的應(yīng)用程序可以不同，但這樣也不會(huì)中斷冗余連接。
這樣的熱備可滿足用戶的生產(chǎn)率要求，這意味著管理系統(tǒng)可靠性可以得到完全的保障，確保關(guān)鍵設(shè)備的可靠運(yùn)行。
4.2 自動(dòng)化軟件平臺(tái)unity pro 2.3
軟件上采用了施耐德電氣新一代自動(dòng)化軟件平臺(tái)unity pro 2.3編程軟件，unity中提供了完整的功能和工具集，將應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)到過(guò)程或設(shè)備的結(jié)構(gòu)上，包括程序段、數(shù)據(jù)監(jiān)視表、操作畫(huà)面等等。聯(lián)機(jī)修改，可以在保證程序連續(xù)性的基礎(chǔ)上將所做的修改分組，并在運(yùn)行中一次直接傳輸?shù)絧lc上，這樣所做的修改可以在一個(gè)掃描周期中同時(shí)生效，通過(guò)減少停機(jī)時(shí)間縮減開(kāi)發(fā)成本并優(yōu)化運(yùn)行。運(yùn)行期間畫(huà)面通過(guò)以圖形對(duì)象的形式來(lái)表達(dá)變量狀態(tài)，使得調(diào)試易于進(jìn)行。unity pro在開(kāi)發(fā)和兼容性方面提供無(wú)可匹敵的潛力，用戶界面友好，使得開(kāi)發(fā)軟件容易，用戶能夠快速掌握易于降低培訓(xùn)成本。
另外以ifix4.0監(jiān)控工具軟件開(kāi)發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠很好地滿足生產(chǎn)工藝的要求，同時(shí)調(diào)整、移植較為方便。
4.3 ups供電
在采用了plc雙機(jī)熱備的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，以上設(shè)備采用一臺(tái)ups供電，在主電源故障的情況下，保證風(fēng)機(jī)正常工作，允許有一個(gè)小時(shí)的處理時(shí)間不會(huì)影響高爐的正常順行。
5 結(jié)束語(yǔ)
安鋼380m3高爐軸流風(fēng)機(jī)自控系統(tǒng)自2007年12月投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行狀況良好，檢測(cè)精度高，抗干擾能力強(qiáng)，特別是防喘振曲線的在線顯示和控制已在風(fēng)機(jī)的安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面發(fā)揮了重要作用，表現(xiàn)了良好的實(shí)用性、穩(wěn)定性、安全性、可靠性，整個(gè)系統(tǒng)不但具有很高的自動(dòng)化水平，而且充分滿足了生產(chǎn)工藝的要求，對(duì)高爐的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了集中全面的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為高爐的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)提供了良好的設(shè)備保證，為安鋼集團(tuán)公司的增鐵增效創(chuàng)造了良好的條件。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
|
|
|
|
|
|
|
|